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[迅湃技术·头条] | 比中兴事件更值得关注的,是电动汽车IGBT芯片行业

2018-04-20 12:29 来自: 成都全搜索新闻网
本文授权转载自:驱动视界
1、悬了两年的靴子终于落地 2016年3月,美国商务部对中兴通讯施行出口限制,禁止美国元器件供应商向中兴通讯出口元器件、软件、设备等技术产品,而后,三名中兴高层成员因禁运事件担责遭解雇,同时支付美国政府8.92亿美元罚金。 640.webp
2017年3月,中兴通讯与美国政府就出口管制调查案件达成和解,中兴通讯支付约8.9亿美元的刑事和民事罚金,美国商务部工业与安全局对中兴通讯的3亿美元罚金被暂缓,是否支付将依据未来七年中兴对协议的遵守情况而定。这是中国企业收到的来自美国政府的金额最高的一张罚单。
2018年4月16日,美国商务部网站公告,7年内禁止美国企业与中兴通讯(0763.HK / 000063.SZ)开展任何业务往来。未来7年将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术。公告称,中兴违反了2017年与美国政府达成的和解协议。当时,美国政府指控中兴非法向伊朗和朝鲜出口。 640.webp (1)   2、中兴面临灭顶危机 中兴通讯在殷一民上任董事长后,迅速走出了美国罚款的阴影,2017 年实现营收1088 亿元,同比增长7.5%,净利润45.7 亿元,同比增294%。三大块业务均取得增长,其中运营商业务营收同比增长8.32%,增速位居四大设备商之首,国内和海外市场均稳步提升。 但多年的积累,很有可能就败在美国政府长达7 年的制裁禁令上。美国商务部这次对中兴下禁令,对中兴是巨大的打击。
中兴将会陷入无零件可买、也无替代技术可支援的绝境之中。 中兴通讯设备中25%至30%的组件来自美国,高通、英特尔、微软和杜比都是中兴设备的主要提供商。更要命的是,中兴通讯需要的高速AD/DA、调制器、高性能锁相环、中频VGA 等产品,根本没有国产芯片厂商可提供替代品。
3、塞翁失马焉知非福 640.webp (2) 本次中兴通讯的禁运事件,对于通信产业冲击较大,也敲响了半导体产业的警钟,自主可控不仅仅是口号,而是涉及到国家安全,国计民生的要务。 目前,中兴通讯的三大应用领域里,芯片门槛最高的板块是RRU基站,这一领域要想实现国产替代,需要较长时间。光通信和手机产业链门槛相对较低,一些细分领域的国产芯片方案甚至于成为了国际龙头,但整体来看,还是偏低端应用。 总体而言上游可替代性较弱。而在终端基带芯片上,高通可被展讯取代。光模块层面,光迅科技、中际旭创可以在封装部分进行替代,同时国产也具有10G以下光芯片能力,但高速光芯片部分依然依赖进口。博通、英特尔的基站基带FGPA、服务器芯片目前没有替代品。 640.webp (3) 最近中美贸易战持续升级,中兴此次事件的漏洞就正好成了美国政府针对中国企业、打击中国芯片产业的切入口。
为什么说电动汽车IGBT芯片比此次中兴事件更危险?先了解一下基础知识:
4、电动汽车IGBT基础知识        4.1、IGBT定义       IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管
       4.2、IGBT的用途       IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,应用于直流电压为600V及以上的变流系统如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上 640.webp (4)
      4.3、IGBT模块的特点       IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点,当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的IGBT也指IGBT模块。
      4.4、用最简单的语言概括IGBT的功能和作用:控制能源的变换和传输
      4.5、为什么电动汽车需要IGBT?       IGBT的作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT还承担电压的高低转换的功能:外界充电的时候是交流电,需要通过IGBT转变成直流电然后给电池,同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。 640.webp (5)       电池放电的时候,把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电,同时起到对交流电机的变频控制,当然变压是必不可少的。IGBT是功率半导体器件,可以说是电动车的的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。
      4.6、IGBT的工作原理       以空调压缩机为例:国内规定的电压220V,频率50Hz的电流经整流滤波后得到310V左右的直流电,此直流电经过逆变后,就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源,这就能将50赫兹的电网频率转变为30-130赫兹,利用电源频率可以控制平滑控制压缩机转速,达到自动无级变速,使压缩机始终处于最佳工作状态。 640.webp (6)        在电动车上,可以把电机看成压缩机。两者原理几乎完全一致。
       4.7、IGBT在现代交通系统中的重要性       直流充电桩30%的原材料成本是IGBT       电力机车一般需要 500 个 IGBT 模块       动车组需要超过 100 个 IGBT 模块       一节地铁需要 50-80 个 IGBT 模块
      4.8、IGBT成本的重要性       IGBT约占电机驱动系统成本的一半,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。 640.webp (7)       2016年全球电动车销量大约200万辆,共消耗了大约9亿美元的IGBT管,平均每辆车大约450美元,是电动车里除电池外最昂贵的部件。
      4.9、丰田是世界上唯一能自产IGBT的车厂       也正因为IGBT太重要,丰田在开发混合动力车时就认定IGBT管要完全控制在手中,丰田也是全球唯一能够自产IGBT的汽车厂家(注意:自产,不是买别人的晶圆再做封装),普锐斯也因此获得强大的生命力,也是目前全球唯一的强混合动力车。
      4.10、中国高铁IGBT市场已基本被日本三菱垄断       三菱电机生产的IGBT已经成为业内默认的标准,中国的高速机车用IGBT由三菱完全垄断,同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的IGBT 640.webp (8)         4.11、英飞凌则包揽了几乎所有电动汽车的IGBT       除了日系厂家,英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT,而三菱电机则沉醉于中国高铁的丰厚利润中无法自拔,在低于2500V市场几乎一无所获
      4.12、特斯拉用IGBT的成本情况       特斯拉Model X使用132个IGBT管,由英飞凌提供,其中后电机为96个,前电机为36个,每个单管的价格大约4-5美元,合计大约650美元。 640.webp (9)       如果改用模块的话,估计需要12-16个模块,成本大约1200-1600美元。特斯拉使用单管的原因主要是成本,尤其是其功率比一般的电动车要大不少,加上设计开发周期短,不得不采用单管设计。
      4.13、中国制造IGBT的现状       IGBT目前已经发展到7.5代,第7代由三菱电机在2012年推出,三菱电机目前的水平可以看作7.5代,同时IGBT的下一代SiC技术已经在日本全面普及,无论三菱这样的大厂还是Fuji、Rohm这样的小厂都有能力轻松制造出SiC元件,我国目前停留在第三代水平上,差距在20年以上。 640.webp (10)       自第六代以后,IGBT自身的潜力已经挖掘的差不多了,大家都把精力转移到IGBT的封装上,也就是散热。车用IGBT的散热效率要求比工业级要高得多,同时还要考虑强振动条件,汽车级的IGBT远在工业级之上。       散热的关键是材料,而材料科学是一个国家基础科学的体现,中国在这方面非常落后,日本则遥遥领先,不仅在德国之上,还在美国之上。
      4.14、国产IGBT也在起步       2015年10月,深圳比亚迪微电子有限公司与上海先进半导体制造股份有限公司签订建立战略产业联盟合作协议,共同打造IGBT国产化产业链。 640.webp (11)       目前比亚迪已整合IGBT产业链,包括芯片设计、晶圆制造、测试、封装等。2015年12月,北汽集团旗下的北汽新能源公司与中国中车旗下的时代电气在株洲签署战略合作协议,开启新能源汽车领域的合作。
      4.15、IGBT是怎样制造出来的?       IGBT是晶圆经过切割、测试、封装制造出来的
      4.16、什么是晶圆?       晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆,在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。 640.webp (12)       wafer 即为图片所示的晶圆,由纯硅(Si)构成,晶片就是基于这个wafer上生产出来的。Wafer上的一个小块,就是一个晶片晶圆体,学名die,封装后就成为一个颗粒。
      4.17、晶圆是怎样被制造出来的?       硅被通过化学的方法提纯,纯到几乎没有任何杂质。同时它还得被转化成硅晶体,从本质上和海滩上的沙子划清界限。 640.webp (13)       在这个过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。       小心而缓慢的搅拌硅的熔浆,硅晶体包围着晶种向同一个方向生长,最终,一块硅锭产生了。 硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。       建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元。
      4.18、我们平时听到的6/12/18英寸晶圆是什么?       目前业界所谓的6寸,12寸还是18寸晶圆其实就是晶圆直径的简称,只不过这个吋是估算值。实际上的晶圆直径是分为150mm,300mm以及450mm这三种,而12吋约等于305mm,为了称呼方便所以称之为12吋晶圆。 640.webp (14)        4.19、什么是光刻机?       光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。        用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。 640.webp (15)         4.20、光刻机的工作原理       光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。        一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。 640.webp (16)          4.21、世界上生产光刻机的供应商       目前光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场。日本尼康在高端光刻机上完全被ASML击败,即便尼康的ArF光刻机售价仅仅不到ASML的一半也无补于事。       Intel、台积电、三星用来加工14/16nm芯片的光刻机都是买自ASML,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。       更关键的是,最先进的EUV光刻机全球仅仅ASML能够生产(全球仅此一家),ASML在去年第三季度和第四季度出售的两台EUV光刻机售价都超过1亿美元,落后EUV一代的ArF光刻机平均售价也在4000万至5000万欧元左右。 640.webp (17)          4.22、晶圆的测试和封装       晶圆生产好了就需要进行测试,就是晶圆级测试,是有良品率的,太低的话,工艺可能就有问题,然后下面就是送去封装。将晶圆切片后封装,变成器件,然后就是最后的性能测试,有良品率。在封装的各个步骤里都是会有损耗的。IGBT是晶圆经过切割、测试、封装制造出来的 640.webp (18)   5、中兴事件给电动汽车行业敲醒了哪些警钟? 电动汽车时代中国真的能弯道超车吗?非也,中国在电控领域和美日的差距,比内燃机时代的差距大得多。 人家出了一款先进的发动机,我们可以反向测绘出来,说白了就是山寨,即使不能100%,性能达到个80%没问题;可是到了IGBT,能山寨吗?怎么山寨?你听说过谁山寨过英特尔的CPU吗? 640.webp (19) 内燃机时代说白了主要就是机械,可是到了电控,对外行来说就是黑匣子;就像深圳华强北的组装手机,没有什么技术含量,可是你扔到原始社会,他们能模仿出来吗?电子时代的鸿沟和壁垒,不是机械时代能比的。
所谓弯道超车,很可能是个伪命题。 为啥这么说,汽车底盘悬架部分没有什么高科技吧?照着也能模仿个差不多,可是底盘调校国内有几个自主企业能做、能做好?英国有什么汽车工业?都被中国买的差不多了,可是你能说掌握了英国人的底盘调校水平?机械时代干不过人家,升级到电子时代就能超车了?这是什么逻辑? 640.webp (20)   能被称作国之命脉的,恰恰是曾一度被忽视的制造业 不知道有没有人去了解法国军用航空发动机发展历史,刚开始造出来的发动机也是不行,甚至都没比当时的中国强到哪里去,可是法国人不屈不挠不抛弃不放弃,几十年改进下来(法国人一根筋,坚持用旧的架构不停改进,一条道跑到黑,并没有被所谓的新技术所诱惑而变更技术路线),终于熬出头,才有了今天闻名天下的阵风战斗机,顺带搞出来一个CATIA全世界都在用。 640.webp (21) 德国的房价几十年不动,聪明的年轻人和社会资本尽量投射到制造业上,才有今天的工业强国德国。反观我们,有多少企业多少人能安贫乐道几十年如一日枯燥的搞技术?诚然,中国GDP世界第二了,老外开始学中文了,繁花似锦了,烈火烹油了,民族自豪感不是错,可是我们周围天天折腾模式创新,共享自行车烧进去几百个亿,巨头们天天围绕外卖送餐拼团打车等破事儿拉帮结派斗得你死我活,那些富豪排行榜上的头面人物有几个投资尖端科技行业、资助大学和科研机构?外卖送餐拼团打车是国家战略还是核心竞争力?我们都希望伟大祖国越来越好,到底怎样去做,是时候该深刻反思了。 640.webp (22) 一定会有人批小编崇洋媚外,请让我慢慢说给你听:小编在找各种汽车技术资料的时候发现,中文搜索引擎能找到的资料实在有限,反倒外文资料很多,所以前几期出现几篇外文原文资料,有的同学嫌弃我没有中文,的确是没有中文,因为我翻译不好啊[委屈],所以继续学习英文仍然很有意义,老外值得我们学习的东西很多,所以现在小编找资料首选雅虎和微软的搜索引擎,师夷长技以制夷嘛 640.webp (23) 人无远虑必有近忧,美国制裁一个中兴就已经风声鹤唳,要是IGBT对中国禁运会有什么后果?中兴用的芯片是工业级,距离我们的生活很远,并且中兴在国内的份额也不过30%,还有别的公司能补位;但是装配IGBT的汽车却是居民日用消费品,一旦对中国禁运,中国的电动汽车企业怎么办?中国电动汽车弯道超车就会成为一个笑话。 640.webp (24)  
那些喊着电动汽车弯道超车的车企老板们,你们可知道丰田是全球唯一一个能自产IGBT的企业? 中兴事件不会是结束,可能只是个开始;随着中国产业升级,不断触碰欧美等洋大人的奶酪的时候,在可预见的未来,冲突只会越来越频繁、越来越剧烈,这也是中华复兴必须经历的阵痛,历史上从来没有一个能够和平崛起的大国;他山之石可以攻玉,亡羊补牢为时未晚,如果IGBT成为第二个被制裁的,中国的电动汽车企业们,你们想好如何应对了吗? 640.webp (25)  
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